Конструкция бытового холодильника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Бытовые (домашние) холодильники предназначены для хранения свежих и замороженных пищевых продуктов, а также для получения в небольшом количестве пищевого льда.

Объём холодильника для домашних целей измеряется объёмом его холодильной камеры (в дм² или в литрах).

К бытовым холодильникам относятся охлаждающие устройства с полезным объёмом от 25 до 500 дм².

В связи со специфическими условиями работы домашних холодильников, к ним предъявляют следующие требования:

1. Полная автоматизация работы

2. Надёжность и долговечность

3. Безопасность

4. Минимальный шум

5. Малые габариты при определенном полезном объёме

6. Хорошее оформление

7. Низкая первоначальная стоимость и малые эксплуатационные расходы

Номенклатура выпускаемых холодильников разнообразна. Общие технические условия на бытовые холодильники определены в ГОСТ 16317-76.

По типу охлаждающего устройства домашние холодильники бывают:

1. Компрессионные (охлаждаемые компрессионными холодильными машинами)

2. Абсорбционные (охлаждаемые абсорбционными машинами непрерывного действия)

3. Термоэлектрические (охлаждаемые термоэлектрическими батареями)

В соответствии с ГОСТ 16317-76, компрессионные холодильники обозначаются буквой - К, абсорбционные - А, абсорбционные с газовым подогревом генератора - АГ.

По месту возможной установки или по исполнению, домашние холодильники делятся на следующие виды:

Ш - в виде шкафа

С - в виде стола или шкафа

Н - настенные

Б - блочновстраиваемые

Наиболее распространены компрессионные машины 85-90% от общего количества.

Домашние компрессионные холодильники изготовляют в двух исполнениях:

1. «У» - для умеренных климатических условий t_о.с.=18-32 ^оС

2. «Т» - для использования в тропических условиях t_о.с.=18-43 ^оС

В низкотемпературном отделении холодильника должна поддерживаться температура:

-6^оС (с соответствии с ISO одна звёздочка)

-12^оС (две звёздочки)

-18^оС (три звёздочки)

По конструктивному исполнению, два последних типа холодильников могут быть одно-, двух- и многокамерными.

Холодильники классифицируются также по конструкции системы охлаждения:

§ с естественной циркуляцией воздуха

§ с принудительной циркуляцией

§ с комбинированной системой

Оттаивание испарителя может осуществляться за счёт естественного отепления воздуха, полуавтоматически или автоматически.

1. Описание конструкции бытового холодильника

Холодильник выполнен в виде шкафа, на задней стенке которого расположен холодильный агрегат. В верхней части шкафа холодильника расположены низкотемпературное отделение, в нижней -- холодильное соответственно с теплоизоляциями из пенополиуретана и пенополистирола.

Низкотемпературная камера выполнена в виде отдельного металлического шкафа и крепится к нижнему шкафу четырьмя болтами. Холодильная камера состоит из корпуса, облицованного снаружи металлическими панелями, а изнутри -- пластмассой.

В холодильной и низкотемпературной камерах имеются съемные решетчатые полки 4 и 7 (рис. 1). Холодильный агрегат имеет два испарителя 5 и 9, обеспечивающих температуру в низкотемпературной камере не выше минус 18°С, а в холодильной камере от 0 до 5°С.

Рис. 1. Холодильник «Смоленск-6»: 1 - сосуды для овощей и фруктов; 2 - стеклянная полка; 3 - лоток для слива талой воды; 4, 7 - решетчатые полки; 5 - испаритель холодильной камеры; 6 - пробка сливной трубки; 8 - ванночка для льда; 9 - испаритель низкотемпературной камеры; 10 - сервировочная плоскость; 11 - решетка; 12, 13 - терморегулятор и электролампочка; 14 - уплотнитель двери низкотемпературной камеры; 15 - крышка; 16 - уплотнитель двери холодильной камеры; 17 - магнитный уплотнитель; 20 - барьер; 18 - переставные полки; 19 - панель двери; 21 - фильтр-осушитель; 22 - прокладка; 23 - конденсатор; 24 - задняя стенка; 25 - задний упор; 26 - винт крепления конденсатора; 27 - болт; 28 - ванночка для сбора и испарения талой воды; 29 - герметичный компрессор; 30 - клеммная колодка; 31 - пускозащитное реле.

Обе камеры имеют индивидуальные двери. Плотность прилегания дверей обеспечивается уплотнителями 14 и 16 ,с магнитной вставкой, которые являются одновременно и запирающим устройством дверей.

Охлаждение воздуха и хранящихся продуктов в камерах холодильника осуществляется закрепленным на задней стенке холодильным агрегатом, представляющим собой герметичную систему, внутри которой циркулирует хладагент -- хладон-12. Охлаждение испарителя достигается дросселированием циркулирующего в системе холодильного агрегата хладона при помощи капиллярной трубки и кипением его в каналах испарителей при низком давлении. Поддержание необходимой температуры в холодильной камере обеспечивается периодическим включением мотор-компрессора 29, осуществляемым терморегулятором 12, датчик которого реагирует на изменение температуры стенки испарителя и холодильной камеры.

Оттаивание испарителя 5 холодильной камеры осуществляется автоматически в цикле (во время останова мотор-компрессора) с отводом талой воды в ванночку 8 на задней стенке холодильника и с последующим ее испарением. Оттаивание испарителя низкотемпературной камеры естественное (по мере надобности).

Режим работы холодильника задается установкой соответствующего деления шкалы на ручке терморегулятора против указателя. Для предотвращения засорения капиллярной трубки и замерзания в ней влаги, случайно попавшей в систему холодильного агрегата перед капиллярной трубкой установлен фильтр-осушитель 21.

Объём холодильной камеры: V_х.к.= 220 л;

объем морозильной камеры: V_м.к.= 60 л;

температура в холодильной камере = 4 ^оС;

температура в морозильной камере: t_м.к.= -18 ^оС;

хладагент: R-134а;

аналог: Смоленск-6.

2. Расчёт теплопритоков в шкаф бытового холодильника

2.1 Проводим расчёт теплопередающих поверхностей холодильного шкафа

а) Площадь боковой стенки F₁=0,57Ч1,243-0,5Ч(0,02Ч0,02)=0,688м²;

б) Площадь дна F₂=0,6*(0,57-0,2)=0,222 м²;

в) Площадь потолка F₃=0,57Ч0,6=0,342 м²;

г) Площадь задней стенки F₄=1,04Ч0,6=0,624 м²;

д) Площадь задней наклонной стенки F₅=0,6Ч0,283=0,17 м²;

е) Площадь двери F₆= 0,6Ч0,254=0,752 м²;

4.2 Расчёт перепада температур

t_о.с.=32 ^оС, t_х.к.=4 ^оС, t_м.к.= -18 ^оС.

?t_х.к.= t_о.с.- t_х.к.= 32-4=28^оС.

?t_м.к.= t_о.с.- t_м.к.= 32+18=50^оС.

4.3 Определяем коэффициенты теплопередачи окружающих конструкций холодильника

k=11б1+д1л1+дизлиз+д2л2+1бн = ,где

бв- коэффициент теплоотдачи охлаждаемой среды к внутренней поверхности.

бн- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к окружающей среде.

бв.г.= 1,7 Вт/м²·К

бн.г.= 6 Вт/м²·К

бв.в.= 2,1 Вт/м²·К

бн.в.= 10 Вт/м²·К

л1= 45,4 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности стали

л2= 0,0465 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности полистирола

лиз= 0,021 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности ППУ

д1 = 1 мм

д2 = 4 мм

диз = 35 мм

k1=11бв.в.+д1л1+дизлиз+д2л2+1бн.в.=112,1+0,00145,4+0,0350,021+0,0040,0465+110=0,44- коэффициент теплоотдачи боковой стенки.

k2=11бв.г.+д1л1+дизлиз+д2л2+1бн.г. = 111,7+0,00145,4+0,0350,021+0,0040,0465+16 =0,4 - коэффициент теплоотдачи дна.

k3=11бв.г.+д1л1+дизлиз+д2л2+1бн.г. = 111,7+0,00145,4+0,0350,021+0,0040,0465+16=0,4 коэффициент теплоотдачи потолка.

k4=11бв.в.+д1л1+дизлиз+д2л2+1бн.в.=112,1+0,00145,4+0,0350,021+0,0040,0465+110 =0,44 - коэффициент теплоотдачи задней стенки.

k5=11бв.в.+д1л1+дизлиз+д2л2+1бн.в.=112,1+0,00145,4+0,0350,021+0,0040,0465+110 = 0,44 - коэффициент теплоотдачи задней наклонной стенки.

k6=11бв.в.+д1л1+дизлиз+д2л2+1бн.в.=112,1+0,00145,4+0,0250,021+0,0040,0465+110 = 0,57- коэффициент теплоотдачи двери.

4.4 Проверка поверхностей на условие конденсации

t_о.с.=32 ^оС, ц ? 80ч85%

kmax·( t_о.с.- t_х.) = бн·( t_о.с.- t_р)

kmax=бн·(to.c.-tp)to.c. -tx.к., где

t_р - температура точки росы.

t_х.к. - температура холодильника.

По диаграмме при t_о.с.= 32^оС t_р= 27 ^оС.

Стенка: kmax.х=бн.в.·(to.c.-tp)to.c. -tх.к.= 10·( 32 -27) 32-10 =2,27 Вт/м²·К.

Дно: kmax=бн.г.·(to.c.-tp)to.c. -tх.к.= 6·( 32-27) 32 -10 = 1,36Вт/м²·К.

Потолок: kmax=бн.г.·(to.c.-tp)to.c. -tх.к.= 6·( 32-27)32 -10 =1,36 Вт/м²·К.

Задняя стенка:kmax.х.=бн.в.·(to.c.-tp)to.c. -tх.к.= 10·( 32-27)45 - 10 =1,43 Вт/м²·К.

Дверь: kmax=бн.в.·(to.c.-tp)to.c. -tх.к.= 10·( 32 -27)32 - 10 =2,27 Вт/м²·К.

Во всех пяти случаях ki<0,95k _max.

4.5 Определяем теплопритоки через отдельные элементы ограждения холодильника

бытовой холодильник теплопередача

Q_i= k_i·?t·F_i, Bт.

Боковая стенка: Q₁=k₁·?t·F₁=0,19Ч22Ч0,85=3,5 Вт, где ?t=t_о.с.-t_х.к. = 32- 10=22^оС;

Дно: Q₂=k₂·?t·F₂=0,18Ч22Ч0,39=1,5 Вт;

Потолок: Q₃= k₃·?t·F₃ =0,18Ч22Ч0,39 = 1,5 Вт;

Задняя стенка: Q₄ =k₄·?t·F₄=0,19Ч35Ч0,78 =5,2 Вт, где ?t=t_о.с.-t_х.к.= 45 -10= 35^оС

Дверь: Q₅ = k₅·?t·F₅= 1,5Ч22Ч0,98 = 32,34 Вт;

Q_?огр. = 2·Q₁+ Q₂+ Q₃+ Q₄+ Q₅ =2Ч3,5+1,5+1,5+5,2+32,34=47,54 Вт - суммарная величина теплопритоков ограждения;

4.6 Определяем теплопритоки от термической обработки продуктов

Q_п = Мсутх(м)•(iн-iк)86,4,Вт.

М_сут - суточная норма хранения продуктов, кг.

При максимальном коэффициенте эксплуатации морозильная камера заполняется говядиной на 50%, холодильная камера заполняется говядиной на 20%.

Мсутх= сгов•Vх.к.= 1000Ч0,5Ч0,2=100кг.

t	-18	-12	-6	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	32
iгов	4,6	22,2	50,7	232,5	235,9	238,8	242,2	245,5	248,5	251,8	255,2	258,5	261,5	264,8	329

Qпх.к.=100Ч (329-264,8)86,4 =74,3,Вт;

Q?п= Qпх.к.=74,3 Вт;

4.7 Определяем теплоприток при открывании двери

Qдвери= с•V•n•(iо.с.-iк) ? Ср•с•?•n•(tо.с.-tх.к.)

V=500 л=0,5 м3;

с= PR•T=101300287,2Ч(273+32)=1,156 кгм3

n - число открываний (25 раз в сутки).

Qдвери= 1,156Ч0,5Ч25Ч(32-10)86,4=3,68,Вт;

4.8 Теплоприток от электроприборов

Qэл= Nэл•n•ф24Ч3600= 15Ч25Ч524Ч3600=0,02 Вт, где

N_эл - мощность лампочки

ф- время

4.9 Суммарные потери

Qi= 47,54+74,3+3,68+0,02=125,54 Вт;

Выбор и расчёт принципиальной схемы и цикла холодильной
машины бытового холодильника

5. В данном холодильнике рабочим хладагентом является фреон R-142 б.

5.1 Принимается в холодильнике с естественной циркуляцией:

t0=tх.к.-(8ч15)0С - температура кипения фреона.

t0=10-12=-20С.

tк=tо.с.+(10ч20)0С - температура конденсации.

tк=32+15=470С.

5.2 По t0 и tк определяем давление кипения Р0 и конденсации Рк

По диаграмме состояния фреона R-142б:

t0=-20C ? Р0=0,14 МПа

tк=470С ? Рк=0,65 МПа.

5.3 Схема холодильника

Строим рабочий цикл холодильной машины с учётом следующего:

t1=tо.с.=320С.

t1'=t1+(5ч10)0C=32+8=400C.

Процесс 1-1' - подогрев паров хладагента в мотор-компрессоре. Давление в точке 1 есть давление кипения Р₀.

ав - нагревание ХА за счёт теплообмена со стенками цилиндра.

вс - сжатие ХА с отдачей теплоты стенками цилиндра.

Р1=Р0•(1-двсас.), где двсас.=0,03ч0,05 - потеря давления на всасывающих клапанах.

Р2=Рк•(1+днагнет.), где днагнет.=0,03ч0,06 - потеря давления на нагнетательных клапанах.

Р1=1,4Ч105Ч(1-0,04)=1,34•105Па;

Р2=6,5Ч105Ч(1+0,045)=6,8•105Па.

5.4 Для определения положения точки 4 используем уравнение теплового баланса

h3-h4=Kр•(h1-ha), где Kр - коэффициент, учитывающий долю при регенерации в процессе перегрева.

Kр=0,5.

h4=h3-Kр•(h1-ha)=261-0,5Ч(446-416)=246кДж/кг

5.5 Заполняем таблицу основных параметров рабочих точек цикла

№ точки	Р, МПа	t, 0С	h, кДж/кг	х, м3/кг
а	0,14	-2	416	0,160
1	0,134	32	446	0,177
1'	0,134	40	450	0,185
2	0,65	93	494	0,045
3	0,65	47	261	0,035
4	0,65	36	246	0,035
5	0,14	-2	246	0,69

5.6 Расчитываем следующие параметры

1. удельную массовую холодопроизводительность.

q0=ha-h5=416-246=170 кДж/кг.

2. удельную объёмную холодопроизводительность.

qх=q0х1'=1700,185=918,9 кДж/м3.

3. удельную теплоту отводимую в конденсаторе.

qк=h2-h3=494-261=233 кДж/кг.

4. удельную изотропную работу цикла.

ls=h2-h1'=494-450=44 кДж/кг.

5. массовый расход рабочего тела ХА.

m=Q0•10-3q0=138,09Ч10-3170=0,81•10-3 кгс

где Q0=1,1•Q1=1,1Ч125,54=138,09 Вт;

6. теплоту, отводимую от конденсатора.

Qк=m•qк=0,81•10-3Ч233•103=189,27 Вт.

7. изоэтропную мощность компрессора.

Ns=m•ls=0,81•10-3Ч44•103=35,74 Вт.

8. холодильный коэффициент цикла.

е=Q0Ns=q0ls=138,0935,74=3,86.

6. Расчёт и подбор компрессора

6.1 Тепловой расчёт и подбор холодильного компрессора

1. Определяем объёмный расход ХА в компрессоре.

V д=m•?1'=0,81•10-3Ч0,185=1,5•10-4, м³/с.

2. Определяем составляющие коэффициента подачи и рассчитываем коэффициент подачи.

л=л0•лдр•лт•лпл, где

л0 - объёмный коэффициент.

л0=1-Gm•((Р2Р1)1mр-1)=1-0,02Ч((6,81,34)11,05-1)=0,93,

m_р = 0.9 ч 1.05 - политропа расширения конечных параметров; m_р=1,05.

Gm = 0,02 ч 0,05 - относительный мёртвый объём; Gm = 0,02.

лдр=0,95ч1 - коэффициент дросселирования; лдр=0,99.

линд - индикаторный коэффициент.

линд=л0•лдр=0,93Ч0,99=0,92.

лпл=0,9ч0,95 - коэффициент плотности; лпл=0,95.

лт - коэффициент подогрева.

лт=1-(0,01ч0,03)•(Р2Р1-1)=1-0,02Ч(6,81,34-1)=0,92.

л=0,93Ч0,99Ч0,92Ч0,95=0,8.

3. Теоретическая объёмная производительность компрессора.

Vт=Vh=Vдл=1,5•10-40,8=1,88•10-4, м³/с.

По объёмной производительности подбирается марка холодильного компрессора (компрессора ).

4. Вычисляем диаметр и ход поршня.

Vh=р•Д24•S•n, где

S - ход поршня;

n - частота вращения (n=50);

Д - диаметр поршня;

Ccp - средняя скорость движения поршня (Ccp=1,8 м/с).

S=Ccp2•n=1,82•50=0,018 м.

Д=4•Vhр•S•n=4Ч1,8•10-43,14Ч0,018Ч50=0,016, м.

По ГОСТ - 17008-85 находим Vh.ут=1,8•10-4, м³/с

дVh=Vh.ут.-VhVh=1,8-1,881,88=4,2 % (<5%).

Погрешность между расчётной и уточнённой производительностями составляет 4,2 %, что в пределах допуска.

Для данного холодильника мы берем компрессор Danfoss 103.G6692

6.2 Энергетические потери и мощность компрессора

N_i - индикаторная мощность, затрачиваемая на сжатие паров ХА в действительном компрессоре.

Ni=Nsзi, где Ns - изоэнтропная мощность;

зi =0,7 ч 0,85 - индикаторный КПД для малых холодильных компрессоров. зi=0,8.

Ni=35,740,8=44,67, Вт.

N_тр - мощность на преодоление сил трения.

зi=лт+0,0025•t0=0,92+0,0025Ч(-2)=0,915.

Nтр=Ртр•Vh, где

Ртр=40ч50 кПа - удельное давление трения;

Ртр=45000 Па.

Nтр=45000Ч1,8•10-4=8,1, Вт.

6.3 Определяем эффективную мощность или мощность на валу компрессора

Nе=Ni+Nтр=44,67+8,1=52,77, Вт.

6.4 Потери, связанные с трением учитываются механическим КПД:

змех=NiNе=44,6752,77=0,85.

6.7 Эффективный КПД

зэф=NsNе=зi•змех=35,7452,77=0,67.

Для того, чтобы перейти от эффективной мощности Ne компрессора к мощности, потребляемой электродвигателем из сети N_э необходимо учесть КПД электродвигателя.

Nэ=Nезэл.дв. , Вт, где зэл.дв.=0,7ч0,8; примем зэл.дв.=0,75.

Nэ=52,770,75=70,36 , Вт.

6.8 Электрический КПД

зэ=зi•змех•зэл.дв.=0,8Ч 0,84Ч0,75=0,5.

При сопоставлении различных компрессоров и их технических характеристик используют их эффективный холодильный коэффициент е_е и общий или электрический коэффициент еобщ.

ее=Q0Nе=138,0952,77=2,61.

еобщ=Q0Nэ=138,0970,36=1,96.

7. Расчёт теплообменных аппаратов

Расчёт производится на основе известной рассчитанной нагрузки на аппарат. (Q₀ и Q_к).

7.1 Расчёт и подбор конденсатора

Определяем среднелогарифмическую разность температур между воздухом и ХА и коэффициент теплопередачи от ХА к воздуху.

?t_н, ?t_к - разность температур потоков на входе и выходе из ТО аппарата.

?tн=t2-tо.с.=93-32=61 ^оС.

?tк=tк-tо.с.=47-32=15 ^оС.

К - коэффициент теплопередачи от воздуха к ХА.

К=9 ч 12 Вт/м²К (для конденсатора) К_к=11.

К=3,5 ч 7 Вт/м²К (для испарителя) К_и = 5.

7.2 Средний логарифмический перепад температур

?t=?tн-?tкln?tн?tк=61-15ln6115=32,86 ^оС.

7.3 Определяем площадь поверхности конденсатора

Fк.д.=QкКк•?t=189,2711•32,86=0,52 м².

7.4 Действительная площадь конденсатора

Fк.д.д=Fтр.+Fпрутков

d = 6 мм. - диаметр трубки;

d' = 1,5 мм. - диаметр прутка (сталь).

S=50 мм - расстояние между трубками.

Высота конденсатора h=1,2 м, ширина h'=0,7м,

Рассчитаем количество змеевиков n.

n=h's=0,70,05+0,006=15

Общая длина трубок l.

l=h•n+р·r1·n=1,2Ч15+3,14Ч0,025Ч15=19,1 м, где

r1=0,025 м - радиус изгиба трубок на верхних и нижних частях конденсатора.

Fтр.=2·р·r·l=2Ч3,14Ч0,003Ч19,1=0,35 м².

Длина одного прутка: h'=0,7м.

Расстояние между прутками : S' = 0,0082м

Количество прутков: n'= hS' +d'=1,20,0082+0,0015=141

Fпрутков=n'·(2·р·r'·h'+2·р·(r')2)=116Ч(2Ч3,14Ч0,75·10-3Ч0,7+2Ч3,14Ч(0,75·10-3)2)=0,32 м².

Fисп.д>Fисп.р ,(0,67>0,52) что соответствует требованиям.

Список литературы:

1. Бабакин Б.С.,Выгодин В.А. «Справочник: бытовые холодильники и морозильники» ;

2. Варгафтик Н.Б. «Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей» ;

3. Лепаев Д.А. Ремонт бытовых холодильников: справочник - М.: Легпромиздат, 1989г. 304с.;

4. Мааке В. и др. «Польманн: учебник по холодильной технике».

Размещено на Allbest.ru

...